氧化锌避雷器阻性电流的温度影响的研究

氧化锌避雷器阻性电流的温度影响的研究
氧化锌避雷器作为限制过电压的主要设备在电网中广泛使用，检修试验人员需要对其运行状态做出准确判断，带电检测是掌握避雷器运行状况的重要手段，能够在不停电的情况下有效查找设备缺陷。

利用研究成果，能够修正温度对测试结果的影响，使得泄漏电流的阻性分量能够更真实地反应设备特性。

标签：氧化锌避雷器；带电检测；阻性电流；温度
1 引言
避雷器是专门用于限制雷电过电压或操作过电压的电气设备，用于保护与之并联的电气设备。

氧化锌避雷器以氧化锌为主要原料，在高温下烧制成氧化锌电阻阀片串联而成。

氧化锌避雷器具有良好的伏安特性，在工作电压下流过氧化锌阀片的电流极小，不需串联保护间隙，且不存在工频续流，而在雷电或操作过电压作用下又能迅速泄放电流，限制过电压，因此已被广泛应用。

判断避雷器状态的手段主要有例行停电试验和带电检测，其中，停电试验必须停运对应的主设备，受试验周期以及供电连续性等因素限制，不能随时开展试验，而带电检测则可以根据需要及时开展试验，尽早发现缺陷并监视缺陷发展程度，是掌握避雷器运行状况的重要手段。

在运行电压下，氧化锌避雷器的总泄漏电流包括阻性电流和容性电流两部分，在正常运行情况下，泄漏电流值基本不发生变化，并且其阻性分量远小于总泄漏电流，大约只占10% ～20%。

当氧化锌避雷器发生内部受潮、老化、受热、冲击损坏时，阻性电流会有显著增大，但是容性电流基本不发生变化，总泄漏电流也变化不大。

因此，氧化锌避雷器带电测试中，其泄漏电流的阻性分量（简称“阻性电流”）是反映内部状态的重要指标。

本文对避雷器泄漏电流的阻性分量受温度影响的现象进行了统计分析，并在实验室中对氧化锌阀片阻性电流——温度曲线进行了实验测定，总结了变化规律。

2 温度对现场运行避雷器阻性电流的影响
根据国网公司《输变电设备状态检修试验规程》规定，运行中持续电流与历史数据相比较应无显著差异。

当阻性电流增加0.5倍时应缩短试验周期并加强监测，增加1倍时应停电检查。

氧化锌避雷器的泄漏电流的阻性分量受多种因素影响，从避雷器本身来说，阀片的老化、受潮、损坏会导致泄漏电流增大；从外界环境看，表面污秽，大气温度、湿度等也会造成阻性电流的变化。

在带电检测过程中，试验数据应当能够真实反应避雷器的内在特性，才能对它的运行状况、绝缘性能等做出准确判断，当外界因素造成较大影响时，就会导
致试验人员对设备特性做出错误判断，从而出现“过修”、“失修”的情况。

在本单位积累的大量避雷器带电检测试验的历史数据中，可以发现如下现象：同一设备的历次测量结果，阻性电流有先增加后减小，或者先减小后增加的情况。

如图1所示，是某GIS变电站110kV 出线A相避雷器的历次测试数据。

从折线图中可以看出，同一台避雷器的阻性电流值呈现先增大后减小的趋势，且阻性电流最大测试值和最小值之间相差58%。

一般情况下，如果设备运行状态正常，那么其测试值应当保持相对稳定，只在较小范围内浮动，而如果设备出现潜在故障、并逐步发展，则测量值应该呈现单调上升或下降的趋势。

由于该变电站为GIS，避雷器受污秽、湿度等因素影响较小，外界环境因素中温度对其影响最大。

因此，对测试数据进行了进一步分析，将测试电流和测试温度列表如表1如下：
对比数据发现，阻性电流与温度呈正相关的关系，温度越高，阻性电流的测试值也越大，作者判断认为，溫度因素影响了测量结果。

其他变电站的测试结果也表现出相类似的趋势。

因此，课题组确定了将温度对氧化锌避雷器阻性电流测试结果的影响作为研究内容。

3 阻性电流——温度特性研究
由避雷器的构造可知，氧化锌避雷器由以氧化锌为主要原料的氧化锌阀片组成，它具有良好的非线性伏安，在工作电压下，流过阀片的电流极小，而阻性电流正是氧化锌避雷器在工作电压下泄漏电流的阻性分量。

在这个试验项目中，可以将氧化锌避雷器的阀片视为一个阻值极大的绝缘电阻。

从理论可知，一般情况下，随着温度的增加，而非金属导体的电阻的阻值随之减小，这一趋势符合避雷器阻性电流随温度变化的关系。

作者在实验室中对避雷器所使用的氧化锌阀片进行了试验。

3.1 试验方法
首先搭建试验平台如图2所示，将被试阀片放置在恒温控制箱内，通过温控器调节使得试品维持在特定的温度。

从交流电源通过调压器对试品施加正常运行电压，模拟现场实际运行中的工况，利用电流表测取流过阀片的阻性电流值。

试验中分别对2组不同厂家的阀片进行了试验，第一组试品为杭州永德电气110kV避雷器所用氧化锌阀片，第二组试品为西安西电公司110kV避雷器所用氧化锌阀片。

每组阀片均选取3份样品测试，排除分散性的影响。

3.2 试验数据及分析
第一组试品试验数据：
对三份测试数据取平均值，以抵消试验阀片分散性带来的误差，得到一组温度t和阻性电流I之间的关系。

由于不同氧化锌阀片产品的阻性电流初值不同，因此阻性电流的绝对值作为变量来进行分析并不合适，作者选择t=20℃时的阻性电流作为标准值，以为变量，对不同温度下的阻性电流的比值，即温度换算进行分析。

曲线如图3所示。

对第二组试品进行相同的试验，并对试验数据进行回归计算，得到拟合公式如下：
将两组试验数据得到的拟合曲线画在同一坐标下，如图4所示。

对比两组试验得到的拟合曲线，从图中可以看到两条曲线基本重合，说明2组氧化锌阀片试品的阻性电流的温度特性比较一致。

从拟合曲线可以看出，阻性电流随着温度的升高呈上升趋势，这与大量带电检测数据中反应出的趋势是吻合的。

分析曲线走势，在温度低于25℃时，阻性电流的上升趋势大致呈一条直线，当温度大于30度时，曲线上翘，即阻性电流随温度增加而增大的幅度变大，温度对阻性电流的影响程度加大。

4 转换系数k 在带电检测中的应用
利用拟合得到的转换系数，对第三节中提到的避雷器测试数据进行温度换算，即将不同温度下的阻性电流值换算到标准温度20℃时的电流值。

上述避雷器为西安西电生产的110kV氧化锌避雷器，型号Y10WF5-102/250。

换算结果如表3和图5所示：
由表中数据可以看出，经过温度换算，阻性电流最大测试值和最大值之差由58%降低到30%，小于初值差50%的注意值。

从历史测试数据的折线图中也可以看到，测试数据随温度波动的趋势明显变得平缓。

值得注意的是在8℃、15℃、22℃下的测试数据，经过温度换算之后基本相同，稳定在0.084mA左右，由此说明避雷器运行状况正常；在温度较高的33℃时的测试数据经过温度换算之后依旧相对偏高，笔者推断，在温度较高时，除了单纯的温度因素之外，还有其他因素会影响阻性电流值，在此不作展开。

从带电检测历史数据中选取阻性电流测试值误差曾经超过50%（即如果以其中一次测试数据作为初值，则初值差达到注意值标准），至今仍正常运行的线路避雷器数据，进行温度换算如表4。

由表中数据可以看出，经过温度换算，历次测试结果之间的误差均小于50%，
处于正常范围内，与避雷器正常运行的实际情况相符。

5 结论
通过对氧化锌阀片的试验和分析，并且结合现场氧化锌避雷器带电检测数据，得到如下结论：
（1）现场测试数据和实验室试验结果证明，氧化鋅避雷器泄漏电流的阻性分量受到温度影响，阻性电流值随着温度的上升而增大。

（2）利用实验室测试得到的曲线，能够较好地用于修正氧化锌避雷器的阻性电流测试值，为判断设备状况提供更真实的测试数据，减少“失修”、“过修”情况发生。

由于时间和资源有限，本文仅对两组氧化锌阀片进行了测试，得到了具有指导意义的结果。

还应当对对更多避雷器厂家的多种型号的氧化锌阀片进行相关试验，对比试验结果，总结出更为准确的“阻性电流——温度”之间的关系，从而使带电检测数据能够更准确地反应设备真实运行情况。

参考文献：
[1]梁曦东，陈昌渔，周远翔.高电压工程[M].北京：清华大学出版社，2003：120-126.
[2]曹玉环.金属氧化锌避雷器的试验项目及方法[J].江西煤炭科技，2009（02）：50-51.
作者简介：陈悦（1976-），男，浙江嵊州人，大专，高级技师，主要从事：电气试验、带电检测相关的工作及研究。